物理学（基礎編）

学習教材・物理学
東海学院大学入学前教育
物理学（基礎編）
学習教材（7）
東海学院大学健康福祉学部
総合福祉学科臨床工学技士専攻
注意
1. 次の頁からの問題を解いたあと解答・解説を見て学習してください．
2. 本教材では，大学入試センター試験問題を利用しています．
— 1 —
学習教材・物理学
I 問題
断面積 S ，質量 M のなめらかに動くピストンが取りつけられたシリンダー（円筒容器
）があり，中に気体が閉じ込められている．最初，シリンダーは図１のように立てられ
ていた．シリンダーは熱をよく伝え，閉じ込められた気体の温度は常に外部の空気の温
度と同じであるとする．シリンダー外部の温度は T0 ，圧力は P0 である．
— 2 —
学習教材・物理学
問 1 シリンダーを図 2 のように上下逆さにしたところ，ピストンは移動して静止し
た．このとき，閉じ込められた気体の圧力 P1 として正しいものを，下の 1 ∼ 6 のうち
から 1 つ選べ．ただし，重力加速度の大きさを g とする．P1 =
1 P0 −
Mg
S
2 P0 +
4 P0 − M g
Mg
S
3
Mg
− P0
S
6 M g − P0
5 P0 + M g
問 2 次にシリンダーを図 3 のように水平にしたところ，ピストンは移動して静止し
た．このとき，閉じ込められた気体の体積は図 2 の場合の何倍になったか．正しいもの
を，下の 1 ∼ 7 のうちから 1 つ選べ．
倍
1
P0
P1
2
P1
P0
3
5
P0
P1 + P1
6
P1
P0 + P1
7 1
— 3 —
P0 + P1
P0
4
P0 + P1
P1
学習教材・物理学
解答・解説
答え：【問 1】1 【問 2】2
解説：
【問 1】
ピストンに働く力のつりあいを考える．
P1 S + M g = P0 S より，
Mg
P1 = P0 −
が得られる．
S
【問 2】
ピストンが移動する前のシリンダー内の体積を V1 ，ピストンが移動したあとの体積
を V2 とする．ピストンが移動したあとの圧力は大気圧 P0 に等しくなるから，
ボイルの法則より P0 V1 = P1 V2
よって，
V2
P
= 1
V1
P0
【ポイント】
力のつりあい，ボイルの法則
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学習教材・物理学
II 問題
ある気体（理想気体）が，ピストンでシリンダー内に閉じ込められている．図 3 は，こ
の気体の圧力と体積の変化を表す図である．初め状態Ａにあった気体を，状態Ｂ，状態
Ｃ，状態Ｄの順に変化させた後，再び状態Ａにもどした．ただし，過程Ａ→Ｂは断熱変
化，過程Ｂ→Ｃは定圧（等圧）変化，過程Ｃ→Ｄは定積（等積）変化，過程Ｄ→Ａは等
温変化である．
問 6 状態Ａ，Ｂ，Ｃの温度をそれぞれ TA , TB , TC としたとき，それらの関係を表す不
等式として正しいものを，下の 1 ∼ 6 のうちから 1 つ選べ．
1 TA < TB < TC
4 TB < TC < TA
2 TA < TC < TB
5 TC < TA < TB
— 5 —
3 TB < TA < TC
6 TC < TB < TA
学習教材・物理学
解答・解説
答え：4
解説：
C → D は体積が一定で圧力が増加しているので，
での温度は A での温度と等しいから，TC < TA
p
= 一定より，温度は上昇する．D
T
B → C を考えると，圧力が一定で体積が増加しているので， V = 一定より，温度は上
T
昇する．よって，TB < TC
以上より，TB < TC < TA
A → B は断熱圧縮だから，TB < TA
【ポイント】
理想気体の状態変化
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